汽车电子时钟硬件设计指南

概述


随着电动汽车的应用与普及, 传统的汽车设计发生了非常大的变化。电子电路的功能与系统已经成为电动汽车的核心技术.那同样有着电子电路“心脏”之称的时钟则是核心中的核心。


而一款电动汽车,最多则会用到70多颗时钟器件,这些时钟器件是否具有AEC-Q100认证,是否具有超强的抗震性、高低温稳定性、EMI抗干扰性等,与汽车的安全性能有最直接的关系。所以,作为电动汽车的设计者,就一定要在时钟产品选择与设计方面做诸多考量。


通过大量的客户拜访与实际验证,SiTime总结了如下时钟产品在汽车电子设计里的时钟指南。


一、尽量减少无源晶体(谐振器)的使用,而改用有源晶振(振荡器)


因为无源晶体需要与外围谐振电路匹配(电容匹配、阻抗匹配),所以在汽车实际运行中,会随时间的推移,存在匹配失效问题,从而影响频率稳定性。


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图1、无源晶体匹配电路


二、尽量减少使用抗震性差的石英频率器件


由于石英晶振采用易碎的SiO2为原材料,通过切割、打磨成一定形状、厚度的石英晶片,再经过基座粘贴、金属密封等制程. 以40M频率,AT切割的石英晶振为例,厚度仅为41.75微米(人的一根头发丝的直径为70微米)。可想而知其抗震性。


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图2、石英晶片因震动碎裂

三、尽量减少使用宽温的石英频率器件


石英晶片的频率稳定性在常温(25℃)下与高低温范围内(比如+60℃以上)表现是有非常大的差别的,宽温石英晶振需采用特殊工艺制程。具有较大的一致性隐患。而且长期工作在高温下,会加速石英晶振的老化,及气密性问题,容易相起内部石英晶片镀银层的氧化,从而影响石英晶振频率稳定性。


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图3、内部石英晶片污染、氧化


四、尽量减少抗电源噪声干扰差的频率器件


石英晶振需要对供电电压VDD进行加LC或LDO处理,以去除电源的纹波噪声,从而保证晶振信号的抖动指标。但LC电路需对电感 电容进行匹配调整, 而LDO则增加设计成本。


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图4、有源晶振抗纹波干扰电路


五、建议使用车规AEC-Q100规格而非AEC-Q200的频率器件


AEC-Q100认证是针对IC集成电路,包括环境温度、工作寿命、封装测试、晶圆制造、电气特性等在内的40多项检测。而AEC-Q200则是针对无源器件(如无源晶振),仅10多项检测。而石英有源晶振内部含有起振IC,属于有源器件。 所以应该具有AEC-Q100认证,而非AEC-Q200认证。


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图5、SiTime AEC-Q100认证产品


六、建议使用内含LDO且PSRR良好的频率器件


使用内含LDO的且PSRR良好的MEMS硅晶振,可有效减小PCB面积,降低电源设计难度及成本,保障高速传输信号所需要的抖动指标。


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图6、SiTime所有产品均内含LDO


七、总结


我们整理了汽车电子时钟设计的指南表, 供大家参考。


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关于SiTime公司


SiTime是一家专注于全硅MEMS时钟解决方案的Fabless半导体设计公司。公司成立于2005年,于2019年在美国纳斯达克上市。截至2021年底,全球累积出货量已超过20亿片,占据全球MEMS硅晶振市场90%以上份额。


SiTime采用MEMS技术与CMOS半导体技术相结合,依托先进的堆叠封装工艺制作而成。无需更改PCB设计,即可P2P完全替代所有传统石英振荡器产品。大尺度频率覆盖范围、国际标准封装、灵活的产品组合,快捷的可编程交付方式。所有产品可在24小时内提供32KHz--725MHz任一频率样品供应,实现更高性能时钟样品的快速交付。SiTime硅晶振以稳定的性能和超高的性价比成为了大多数高性能主控芯片的理想时钟选择和强健的心脏。不仅可以缩短研发周期,节约开发调试成本,而能降低未来产品返修风险,快给你的电路换上一颗SiTime硅晶振吧。


关于SiTime样品中心


SiTime样品中心成立于2014年,由SiTime公司联合北京晶圆电子有限公司共同创立,并由晶圆电子全权负责全面运营、客户服务以及国内的交付任务。SiTime样品中心宗旨是致力于加速SiTime硅晶振市场在大中华地区的应用普及,助力中国客户产品时钟解决方案升级换代。提供售前售后技术服务、24小时快速供样、以及国内中小批量现货支持和重要客户的全方位策略服务。更多资讯可访问SiTime样品中心官网(www.sitimechina.com)。